基于單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20的遠(yuǎn)程糧倉溫控系統(tǒng)

系統(tǒng)軟件采用模塊化程序設(shè)計，主從式結(jié)構(gòu)通信方式。規(guī)定總線上有一個測溫主機(jī)和64臺分機(jī)，分機(jī)地址唯一。初始化完成后各分機(jī)均處于監(jiān)聽狀態(tài)，采用中斷方式工作，測溫分機(jī)接受上位機(jī)命令，向DS18B20發(fā)出地址匹配命令幀，進(jìn)入等待狀態(tài)，每一幀數(shù)據(jù)位都對應(yīng)著不同意義，若地址匹配成功則進(jìn)行響應(yīng)分機(jī)，否則繼續(xù)等待，直到等待超時而重發(fā)命令。溫度采集模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集工作。

當(dāng)緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)時產(chǎn)生中斷，程序轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)子程序入口，中斷子程序如下：

void SerialInterrupt() interrupt 4 //中斷服務(wù)子程序
{
loop0:if(RI);SlaveNo=SBUF;
RI=0; while (! RI); //等待下一個命令
loop1:RI=0;
SensorNo=SBUF;
if(SlaveNo==0x81SensorNo0x80) //判別數(shù)據(jù)是否合法
{
while(1)
{
Gettemp(SensorNo); if(RI) goto loop1;
}
}
else goto loop0;
} //否則繼續(xù)等待

3.2 DS18B20的時延及讀寫時序問題

為保證DS18B20的嚴(yán)格I/O時序，需要作較精確的延時。在DS18B20的操作中，短時間延時是指10us以下的延時，在匯編語言下采用若干個NOP指令即可。因C51編譯器提供了若干內(nèi)部函數(shù)，（_nop_()函數(shù)為其中之一）其編譯結(jié)果就是在對應(yīng)位置嵌入一個nop匯編指令，所以短時間延時可利用_nop_()函數(shù)實現(xiàn)。較長時間延時指10us以上的延時。在DS18B20操作中，用到的較長時間延時有15us、90us、270us、540us等。因這些延時均為15us的整數(shù)倍，可編寫一個Delayl5(n)函數(shù)，該函數(shù)可實現(xiàn)約15us×n的延時。

DS18B20的初始化包括測溫分機(jī)發(fā)送的復(fù)位脈沖和其向測溫分機(jī)返回的存在脈沖。總線在開始時刻發(fā)出一個最短為480us的低電平復(fù)位脈沖，接著在該時刻釋放總線并進(jìn)入接收狀態(tài)，DS18B20在接收到總線的電平上升沿，等待15—60us后在下一時刻發(fā)出60—240us時延的低電平存在脈沖信號，表明器件已接在總線上。時序如圖4所示。

圖4 初始化圖

當(dāng)總線于該時刻從高電平拉至低電平時，就產(chǎn)生“寫”的時間間隙。從該時刻開始15us之內(nèi)，應(yīng)將所需寫的位送到總線上，DS18B20在該時刻后的15—45us期間內(nèi)對總線采樣，低電平寫入0，高電平寫入1。連續(xù)寫兩位之間的間隙應(yīng)大于1us。寫時序如圖5所示。

圖5 讀寫時序圖

起始時刻將總線從高電平拉至低電平，持續(xù)15us之后將總線釋放，就產(chǎn)生讀時間間隙。測溫分機(jī)必須在該時刻之后的15us之內(nèi)完成讀總線狀態(tài)，并在45us內(nèi)釋放總線，連續(xù)讀兩位之間的間隙應(yīng)大于1us。讀時序如圖5所示。

4 總結(jié)

本文論述了以DS18B20 為傳感器，AT89C51 單片機(jī)為控制核心組成的遠(yuǎn)程糧倉溫控系統(tǒng)。由于DS18B20 采用數(shù)字單總線技術(shù)，使得系統(tǒng)電路簡單，易于擴(kuò)展，加上總線數(shù)字化，使得系統(tǒng)的抗干擾性能好，可靠性高，測溫范圍比較寬(-55～125℃)，與傳統(tǒng)的溫控系統(tǒng)相比還具有較高的性價比。此外，系統(tǒng)的應(yīng)用范圍不僅僅局限于糧倉領(lǐng)域，稍作改動還可作為其它自控領(lǐng)域的解決方案，如煙葉烘烤箱控制系統(tǒng)等。

本文作者創(chuàng)新觀點：采用新型數(shù)字溫度傳感器DS18B20，并將其與51 單片機(jī)、RS-485總線技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起，組成抗干擾性能較強(qiáng)的溫控系統(tǒng)。系統(tǒng)具有較高的性價比，已成功應(yīng)用于許昌、尉氏等中型糧庫中。該系統(tǒng)避免了因溫度過高而導(dǎo)致大量糧食發(fā)霉變質(zhì)所造成的損失，對于中型糧庫可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益百萬元以上，在糧食儲藏技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有廣闊的市場前景。